金屬橡膠剛柔復合齒輪副結構設計及動力學分析.pdf

1、本文研究工作得到了軍品配套項目“xxx齒輪傳動裝置的研制”的資助。隨著軍事設備的快速發(fā)展，對減速器的可靠性和傳動精度提出了更高要求。橡膠合金濾波減速器是重慶大學王家序教授針對軍事設備的使用性能和傳統(tǒng)減速器的突出問題，發(fā)明的一種高可靠、輕量化的精密少齒差行星減速器。但是橡膠合金作為一種非金屬基體材料，強度剛度不如金屬材料，高低溫性能較差，這在一定程度上阻礙了濾波減速器的推廣應用。而金屬橡膠材料可在-70℃~300℃穩(wěn)定可靠的工作，其力學性

2、能不會發(fā)生較大改變。本文以復合齒輪副為研究對象，采用金屬橡膠材料作為彈性體，結合變形協(xié)調設計理論，對其結構參數(shù)和工藝形式開展了研究。本研究主要內容包括：
　?、倩诮饘傧鹉z材料的壓縮性能和阻尼性能特點，結合變形協(xié)調理論，建立了一套關于金屬橡膠復合齒輪副的完整結構設計計算流程。該設計流程中以金屬橡膠材料的相對密度作為重要變量，從復合齒輪副的扭轉剛度、啟動摩擦力矩和動力學性能兩條路徑進行求解。對比驗證兩種方法所得結果沒有明顯沖突之后，

3、總結得到金屬橡膠復合齒輪的加工參數(shù)?？紤]到前述計算存在的誤差，為了驗證計算的合理性并方便對比實驗，設計了5組不同間隙?r和不同相對密度的金屬橡膠復合齒輪副。
　?、谠诔跗谠O計中便引入動力學分析以指導并優(yōu)化設計工作。將支撐軸承、傳動軸和金屬橡膠彈性體等效為支撐剛度和阻尼元件，采用無摩擦的齒輪副嚙合模型，按照集中質量法建立一對金屬橡膠復合齒輪副三個構件6個自由度的非線性振動模型。對上述微分非線性方程組進行降階，利用Matlab編程求解

4、。之后采用粒子群算法，以金屬橡膠彈性體等效剛度、阻尼為自變量，復合齒輪副振動響應為約束，振動加速度RMS值最小為目標開展多目標優(yōu)化工作。并將結果代入前述流程進行下一步求解。
　?、坩槍秃淆X輪副的結構，利用 Abaqus軟件開展高低溫環(huán)境下復合齒輪副的有限元熱變形分析。之后從齒輪副傳動精度與可靠性入手，在綜合考慮齒厚誤差、齒輪徑向跳動、傳動軸偏心誤差、支撐軸承徑向游隙和前述熱變形分析結果的基礎上，對復合齒輪副開展變形協(xié)調設計。經(jīng)計

5、算得到常溫時復合齒輪副的預緊量，并根據(jù)低溫時的傳動精度和高溫時的傳動可靠性要求進行驗算。結果表明，5組復合齒輪副的預緊量既能夠保證低溫時的回差要求，也能保證高溫時復合齒輪齒圈與輪轂留有一定間隙，保證齒輪副不發(fā)生卡澀、卡死的故障。
　?、茚槍饘傧鹉z材料的成型工藝，并結合前述計算結果，設計出一整套復合齒輪金屬橡膠彈性體的沖壓成型模具。創(chuàng)造性的提出利用復合齒輪的齒圈和輪轂作為沖壓模具型腔的一部分，使成型的金屬橡膠彈性體不再需要裝配。<